JP5750507B2 - アルキル変性ビニルアセタール系重合体及び組成物 - Google Patents
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Description
アルキル変性ビニルアルコール系重合体をアセタール化して得られるアルキル変性ビニルアセタール系重合体であって、
上記アルキル変性ビニルアルコール系重合体が、下記一般式(I)で示される単量体単位を含有し、このアルキル変性ビニルアルコール系重合体の粘度平均重合度Pが150以上5,000以下、けん化度が20モル%以上99.99モル%以下、上記単量体単位によるアルキル変性率Sが0.05モル%以上5モル%以下であるアルキル変性ビニルアセタール系重合体である。
上記アルキル変性ビニルエステル系重合体のけん化により、けん化度が20モル%以上99.99モル%以下のアルキル変性ビニルアルコール系重合体を得る工程、
上記アルキル変性ビニルアルコール系重合体のアセタール化により、アセタール化度が1モル%以上85モル%以下のアルキル変性ビニルアセタール系重合体を得る工程
を有するアルキル変性ビニルアセタール系重合体の製造方法も含む。
本発明のアルキル変性ビニルアセタール系重合体は、アルキル変性ビニルアルコール系重合体をアセタール化して得られる。以下に、アルキル変性ビニルアルコール系重合体について説明する。
本発明に使用されるアルキル変性ビニルアルコール系重合体(以下、「アルキル変性PVA」ともいう)は、上記一般式(I)で示される単量体単位を含有し、粘度平均重合度Pが150以上5,000以下、けん化度が20モル%以上99.99モル%以下、上記単量体単位によるアルキル変性率Sが0.05モル%以上5モル%以下である。上記アルキル変性PVAが上記一般式(I)で示される単量体単位を含有することで、当該アルキル変性ビニルアセタール系重合体を含有するスラリー組成物のチキソトロピー性がより一層向上する。これにより、高せん断速度域では容易に流動し、低せん断速度域では流動しにくい性質をスラリー組成物に与えることができ、高せん断速度域における粘度と低せん断速度域における粘度の比をより大きくすることができる。その結果、塗布したスラリー組成物が流動しにくくなり、シートアタックをより一層抑制することができる。
アルキル変性率S(モル%)=[(ピークβの面積/3)/{ピークαの面積+(ピークβの面積/3)}]×100
重合度P=([η]×103/8.29)(1/0.62)
当該アルキル変性ビニルアセタール系重合体は、
上記一般式(II)で示される不飽和単量体とビニルエステル系単量体との共重合により、粘度平均重合度Pが150以上5,000以下、アルキル変性率Sが0.05モル%以上5モル%以下のアルキル変性ビニルエステル系重合体(共重合体)を得る工程(以下、工程(1)ともいう)、
上記アルキル変性ビニルエステル系重合体のけん化により、けん化度が20モル%以上99.99モル%以下のアルキル変性PVAを得る工程(以下、工程(2)ともいう)、
上記アルキル変性PVAのアセタール化により、アセタール化度が1モル%以上85モル%以下のアルキル変性ビニルアセタール系重合体を得る工程(以下、工程(3)ともいう)
を有する。なお、各工程の具体的な方法について以下に詳述する。
本工程は、上記一般式(II)で示される不飽和単量体とビニルエステル系単量体との共重合により、粘度平均重合度Pが150以上5,000以下、アルキル変性率Sが0.05モル%以上5モル%以下のアルキル変性ビニルエステル系重合体を得る工程である。
本工程は、上記アルキル変性ビニルエステル系重合体のけん化により、けん化度が20モル%以上99.99モル%以下のアルキル変性PVAを得る工程である。
本工程は、上記アルキル変性PVAのアセタール化により、アセタール化度が1モル%以上85モル%以下であるアルキル変性ビニルアセタール系重合体を得る工程である。
本発明のアルキル変性ビニルアセタール系重合体の用途は特に限定されないが、当該アルキル変性ビニルアセタール系重合体を含有する組成物は、セラミックグリーンシートや積層セラミックコンデンサの内部電極のバインダーの他、例えば、塗料、インク、接着剤、粉体塗料等コーティング材料、熱現像性感光材料等として広く用いることができる。
当該組成物は、当該アルキル変性ビニルアセタール系重合体、可塑剤等の添加剤を有機溶媒等の溶媒中に溶解、分散等させることにより調製することができる。具体的には、例えばセラミックグリーンシート用スラリー組成物として用いる当該組成物を調製する方法として当該アルキル変性ビニルアセタール系重合体を少なくとも含有するバインダー樹脂、セラミック粉末、有機溶剤及び必要に応じて添加する各種添加剤を混合機等を用いて混合する方法が挙げられる。上記混合機としては、ボールミル、ブレンダーミル、3本ロール等の各種混合機が挙げられる。
上述のセラミックグリーンシート用スラリー組成物として用いる当該組成物は上記のような性能を有することから、十分な機械的強度及び柔軟性を有する薄膜のセラミックグリーンシートを製造することができる。本発明の組成物を用いて得られるセラミックグリーンシートが本発明の好適な実施態様のひとつである。
本発明のセラミックグリーンシートを用いて得られる積層セラミックコンデンサもまた、本発明の好適な実施態様のひとつである。当該積層セラミックコンデンサは、当該セラミックグリーンシートと、導電ペーストを用いて得られるものであることが好ましく、当該セラミックグリーンシートに導電ペーストを塗布したものを積層したものであることがより好ましい。
[製造例1](PVA1の製造)
撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、単量体滴下口及び開始剤の添加口を備えた3Lの反応器に、酢酸ビニル750g、メタノール250g、N−オクタデシルメタクリルアミド1.1gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間系内を窒素置換した。また、ディレー溶液としてN−オクタデシルメタクリルアミドをメタノールに溶解して濃度5質量%とした単量体溶液を調製し、窒素ガスのバブリングにより窒素置換した。反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.25gを添加し重合を開始した。ディレー溶液を滴下して重合溶液中のモノマー組成(酢酸ビニルとN−オクタデシルメタクリルアミドとの比率)が一定となるようにしながら、60℃で3時間重合した後冷却して重合を停止した。重合を停止するまで加えた単量体の総量は4.8gであった。また重合停止時の固形分濃度は29.9質量%であった。続いて30℃、減圧下でメタノールを時々添加しながら未反応の酢酸ビニルモノマーの除去を行い、アルキル変性酢酸ビニル系重合体(以下、アルキル変性PVAcと略称することがある)のメタノール溶液(濃度35質量%)を得た。さらに、これにメタノールを加えて調製したアルキル変性PVAcのメタノール溶液771.4g(溶液中のアルキル変性PVAc200.0g)に、27.9gのアルカリ溶液(水酸化ナトリウムの10質量%メタノール溶液)を添加してけん化を行った(けん化溶液のアルキル変性PVAc濃度25質量%、アルキル変性PVAc中の酢酸ビニルユニットに対する水酸化ナトリウムのモル比0.03)。アルカリ溶液を添加後約1分でゲル状物が生成したので、これを粉砕器にて粉砕し、40℃で1時間放置してけん化を進行させた後、酢酸メチル500gを加えて残存するアルカリを中和した。フェノールフタレイン指示薬を用いて中和が終了したことを確認した後、濾別して白色固体を得、これにメタノール2,000gを加えて室温で3時間放置洗浄した。上記の洗浄操作を3回繰り返した後、遠心脱液して得られた白色固体を乾燥機中65℃で2日間放置して乾燥し、アルキル変性PVA(PVA1)を得た。PVA1の重合度Pは1,700、けん化度は98.5モル%、アルキル変性率Sは0.4モル%であった。製造条件を表1に、重合度P、けん化度及びアルキル変性率Sを表2にそれぞれ示す。
酢酸ビニル及びメタノールの仕込み量、重合時に使用するアルキル基を有する不飽和単量体の種類(上記式(II)においてR1及びR2で表される基の種類)や添加量等の重合条件、けん化時におけるアルキル変性PVAcの濃度、酢酸ビニルユニットに対する水酸化ナトリウムのモル比等のけん化条件を表1に示す通りとした以外は、製造例1と同様の方法により各種のアルキル変性PVA(PVA2〜20、22〜24)を製造した。製造条件を表1に、重合度P、けん化度及びアルキル変性率Sを表2にそれぞれ示す。
撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、開始剤の添加口を備えた3Lの反応器に、酢酸ビニル750g、メタノール250gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間系内を窒素置換した。反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.25gを添加し重合を開始し、60℃で3時間重合した後冷却して重合を停止した。重合停止時の固形分濃度は31.0質量%であった。続いて30℃、減圧下でメタノールを時々添加しながら未反応の酢酸ビニルモノマーの除去を行い、無変性ポリ酢酸ビニル(無変性PVAc)のメタノール溶液(濃度35質量%)を得た。さらに、これにメタノールを加えて調製した無変性PVAcのメタノール溶液771.1g(溶液中の無変性PVAc200.0g)に、27.9gのアルカリ溶液(水酸化ナトリウムの10質量%メタノール溶液)を添加してけん化を行った(けん化溶液の無変性PVAc濃度25質量%、無変性PVAc中の酢酸ビニルユニットに対する水酸化ナトリウムのモル比0.03)。アルカリ溶液を添加後約1分でゲル状物が生成したので、これを粉砕器にて粉砕し、40℃で1時間放置してけん化を進行させた後、酢酸メチル500gを加えて残存するアルカリを中和した。フェノールフタレイン指示薬を用いて中和が終了したことを確認した後、濾別して白色固体を得、これにメタノール2,000gを加えて室温で3時間放置洗浄した。上記の洗浄操作を3回繰り返した後、遠心脱液して得られた白色固体を乾燥機中65℃で2日間放置して乾燥し、無変性PVA(PVA21)を得た。PVA21の重合度Pは1,700、けん化度は98.5モル%であった。製造条件を表1に、重合度、けん化度及びアルキル変性率を表2に、それぞれ示す。
[実施例1]
還流冷却器、温度計及びイカリ型撹拌翼を備えた内容積5Lのガラス製容器に、アルキル変性PVA(PVA1)193gと水2,900gとを加え、90℃以上で約2時間撹拌し、完全に溶解させた。このアルキル変性PVA溶液を撹拌しながら38℃に冷却し、これにアセタール化触媒として濃度35質量%の塩酸201gとn−ブチルアルデヒド112gとを添加し、液温を20℃以下に下げて、PVA1のアセタール化を開始した。この温度を15分間保持し、アルキル変性ビニルブチラール重合体を析出させた。その後、液温30℃まで昇温し、30℃にて5時間保持した後、室温まで冷却した。析出した樹脂をろ過後、樹脂に対して10倍量のイオン交換水で10回洗浄した後、中和のために0.3質量%水酸化ナトリウム水溶液を加え、70℃で5時間保持した後、さらに10倍量のイオン交換水で再洗浄を10回繰り返し、脱水した後、40℃、減圧下で18時間乾燥し、アルキル変性ビニルブチラール重合体を得た。得られたアルキル変性ビニルブチラール重合体において、ブチラール(アセタール)化度は70.0モル%、酢酸ビニル単位量は1.1モル%、ビニルアルコール単位量は28.5モル%であった。得られたアルキル変性ビニルブチラール重合体の各物性値を下記方法により測定し、ヘイズ、溶液粘性及び粘度安定性を、下記の方法によって評価した。アルキル変性ビニルブチラール重合体の組成、物性値及び評価結果を表3に示す。なお、ヘイズ測定用の試験片の作製に使用したアルキル変性ビニルブチラール系重合体及び可塑剤は、混合溶剤に良好に溶解した。
PVA1に代えて、表1及び表2に示すアルキル変性PVA(PVA2〜24)を使用したこと以外は実施例1と同様にしてアルキル変性ビニルブチラール重合体を合成し、下記物性値の測定及び評価を行った。各アルキル変性ビニルブチラール重合体の組成、物性値及び評価結果を表3に示す。なお、各実施例において、ヘイズ測定用の試験片の作製に使用したビニルブチラール系重合体及び可塑剤は、混合溶剤に良好に溶解した。
得られるアルキル変性ビニルブチラール重合体のブチラール(アセタール)化度が、それぞれ表3に示す数値になるように、アセタール化触媒である塩酸とn−ブチルアルデヒドの添加量を変更したこと以外は実施例1と同様にしてアルキル変性ビニルブチラール重合体を合成し、下記物性値の測定及び評価を行った。各アルキル変性ビニルブチラール重合体の組成、物性値及び評価結果を表3に示す。なお、各実施例において、ヘイズ測定用の試験片の作製に使用したアルキル変性ビニルブチラール系重合体及び可塑剤は、混合溶剤に良好に溶解した。
PVA1に代えて、特許文献1(特開平06−263521号公報)に記載されている、下記一般式(III)で示される側鎖を有する変性PVA25(組成は表2に記載)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、変性ビニルブチラール重合体の合成、下記物性値の測定及び評価を行った。上記変性ビニルブチラール重合体の組成、物性値及び評価結果を表3に示す。
変性PVA1に代えて、特許文献3(特開2006−104309号公報)に記載されている、下記一般式(IV)で示される単量体単位を有する変性PVA26(組成は表2に記載)を用いたこと以外は実施例1と同様にして変性ビニルブチラール重合体を合成し、下記物性値の測定及び評価を行った。上記変性ビニルブチラール重合体の組成、物性値及び評価結果を表3に示す。
PVA1に代えて、特許文献4(特表2008−504415号公報)に記載されている、VeoVa10(Resolution Performance Products社製)を共重合した変性PVA27(組成は表2に記載)を用いたこと以外は実施例1と同様にして変性ビニルブチラール重合体を合成し、下記物性値の測定及び評価を行った。上記変性ビニルブチラール重合体の組成、物性値及び評価結果を表3に示す。
(酢酸ビニル単位量、ビニルアルコール単位量及びアセタール化度)
各ビニルアセタール系重合体の酢酸ビニル単位量、ビニルアルコール単位量及びアセタール化度は、プロトン−NMRスペクトルより算出した。なお、アセタール化度は、アセタール基が結合しているエチレン基量を、主鎖の全エチレン基量で除して求めたモル分率を百分率(モル%)で表した値である。
各ビニルアセタール系重合体のガラス転移点の測定には、セイコーインスツル株式会社製「EXTAR6000(RD220)」を用いた。具体的には、窒素中、各ビニルアセタール系重合体を、30℃から150℃まで昇温速度10℃/分で昇温させた後、30℃まで冷却し、再度150℃まで昇温速度10℃/分で昇温させた。再昇温時の測定値をガラス転移点(℃)として採用した。
各ビニルアセタール系重合体10質量部及び可塑剤としてのジブチルフタレート2質量部を、トルエン10質量部及びエタノール10質量部からなる混合溶剤に加え、撹拌混合して溶解させた。厚さ50μmの透明ポリエステルフィルム(東洋紡績株式会社製「エステルA−4140」)上に、乾燥後の厚みが200μmとなるように上記の溶液をキャストし、熱風乾燥機を用いて60〜80℃で4時間乾燥させた。20℃で1日間静置した後、25mm×50mmにカットし試験片を得た。この試験片を用いて、JIS K7105に準じてヘイズ(%)を測定した。
各ビニルアセタール系重合体をエタノールに5質量%になるように溶解し、完溶したことを確認した後、ブルックフィールドタイプの回転粘度計を使用して、各溶液の20℃での溶液粘度を測定した。さらに、各溶液を20℃に調整された恒温室内で1ヶ月間密閉保管し、その後の各溶液粘度を同様の条件にて測定した。初期粘度をη1、保管後の粘度をη2として、粘度比η2/η1を求めた。
実施例1〜23及び比較例1〜8の各ビニルアセタール系重合体(ビニルブチラール系重合体)をそれぞれ用いてセラミックグリーンシート用スラリー組成物を調製した。具体的には、各ビニルアセタール系重合体10質量部を、トルエン10質量部及びエタノール10質量部からなる混合溶剤に加え、撹拌混合して溶解させた。この溶液に可塑剤としてのジブチルフタレート2質量部を加え撹拌混合した。得られた溶液にセラミック粉末としてアルミナ粉末(平均粒子径1μm)100質量部を加え、ボールミルで48時間混合してアルミナ粉末を分散させたセラミックグリーンシート用スラリー組成物を得た。得られた各スラリー組成物について、以下の評価を行った。評価結果を表4に示す。
(分散性)
上記のようにして得られた各スラリー組成物から数滴を採取した後、エタノールとトルエンの1:1混合溶媒を用いて80倍に希釈し、測定サンプルを調製した。得られた測定サンプルについて、レーザー回折式粒度分布計(堀場製作所社製「LA−910」)を用いて粒度分布測定を行い、平均粒子径(μm)を測定した。なお、平均粒子径が1μm以下である場合を良好、1μmを超え、粒子の凝集が起こっている場合を不良と評価した。
上記のようにして得られた各スラリー組成物について、レオメーター(レオロジカインスツルメンツ社製:直径10mmのパラレルプレート使用)を用い、せん断速度500s−1のプレシェアを1分間行った後、せん断速度100s−1で粘度を測定し始め、測定開始から1分後の粘度(η1)を測定した。その後、すぐにせん断速度0.1s−1で粘度を測定し始め、測定開始から1分後の粘度(η’2)を得た。測定温度は20℃とした。このようにして測定されたη’1とη’2との比(η’2/η’1)を求め、その値をチキソトロピー性の値とした。なお、このチキソトロピー性の値が5.0以上の場合を良好、5.0未満の場合を不良と評価した。
上記のようにして得られた各セラミックグリーンシート用スラリー組成物を離型処理したポリエステルフィルム上に約50μm程度の厚さで塗布し、常温で30分間風乾し、さらに熱風乾燥器内にて60〜80℃で1時間乾燥させて有機溶剤を蒸発させ、厚さ30μmのセラミックグリーンシートを得た。得られた各セラミックグリーンシートについて、下記の評価を行った。評価結果を表4に示す。
(セラミックグリーンシートの分散性)
グラインドメーター(大佑機材社製、溝の深さ0〜25μm)を用いて各セラミックグリーンシート中のセラミック粒子の分散性を測定し、以下の3段階で評価した。
A:セラミックの凝集物が全く見られないもの
B:粒子径5μm以上のセラミックの凝集物が認められないもの
C:粒子径5μm以上のセラミックの凝集物が認められるもの
JIS K6251に準拠した3号型ダンベル形状の試験片を用いて、引張試験機(株式会社島津製作所製、「オートグラフ」)を用い、測定温度20℃、引張速度10mm/分の測定条件で、セラミックグリーンシートの破断点強度(g/cm2)を測定した。
各セラミックグリーンシートを5mmφの棒に巻いた時の、ひびや割れの状態を目視で判断し、以下の4段階で評価した。
A:ひび及び割れがない
B:若干ひびあり
C:若干割れあり
D:割れあり
導電性粉末としてのニッケル粉末(三井金属鉱業株式会社製「2020SS」)100質量部、エチルセルロース(ダウケミカルカンパニー社製「STD−100」)5質量部、及び溶剤としてテルピネオール−C(日本テルペン株式会社製)60質量部を混合した後、3本ロールで混練して導電ペーストを得た。各セラミックグリーンシートの片面に、上記導電ペーストを、スクリーン印刷法により塗工し、乾燥させ厚みが約1.0μmである導電層を形成した。この導電層を有するセラミックグリーンシートを5cm角に切断し、100枚積重ねて、温度70℃、圧力150kg/cm2で10分間加熱及び圧着して、積層体を得た。得られた積層体を、窒素雰囲気下、昇温速度3℃/分で400℃まで昇温し、5時間保持した後、さらに、昇温速度5℃/分で1350℃まで昇温し、10時間保持することにより、セラミック焼成体(積層セラミックコンデンサ)を得た。
Claims (8)
- アセタール化度が1モル%以上85モル%以下である請求項1に記載のアルキル変性ビニルアセタール系重合体。
- 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアルキル変性ビニルアセタール系重合体を含有する組成物。
- セラミック粉末及び有機溶剤をさらに含有し、セラミックグリーンシート用スラリー組成物として用いられる請求項4に記載の組成物。
- 請求項5に記載の組成物を用いて得られるセラミックグリーンシート。
- 請求項6に記載のセラミックグリーンシートを用いて得られる積層セラミックコンデンサ。
- 下記一般式(II)で示される不飽和単量体とビニルエステル系単量体との共重合により、粘度平均重合度Pが150以上5,000以下、上記不飽和単量体によるアルキル変性率Sが0.05モル%以上5モル%以下のアルキル変性ビニルエステル系重合体を得る工程、
上記アルキル変性ビニルエステル系重合体のけん化により、けん化度が20モル%以上99.99モル%以下のアルキル変性ビニルアルコール系重合体を得る工程、
上記アルキル変性ビニルアルコール系重合体のアセタール化により、アセタール化度が1モル%以上85モル%以下のアルキル変性ビニルアセタール系重合体を得る工程
を有するアルキル変性ビニルアセタール系重合体の製造方法。
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